CN111661189A - 管道爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道爬行机器人，属于管道维护设备技术领域，包括两个爬行体，爬行体上设有攀附爪，攀附爪用于夹紧管道或松开，爬行体用于借助攀附爪固定于管道上或脱离管道，两个爬行体之间设有第一驱动单元，爬行体用于在另一个爬行体固定于管道上时，借助第一驱动单元沿管道移动，攀附爪上设有接触单元，接触单元用于随攀附爪的夹紧或松开而靠近或远离管道，接触单元设有贴合部，贴合部与攀附爪活动连接，从而能够与管道外壁紧密贴合；本发明提供的管道爬行机器人，能够解决现有的管道机器人无法沿管道稳定行走的问题。

Description

管道爬行机器人

技术领域

本发明属于管道维护设备技术领域，更具体地说，是涉及一种管道爬行机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，以及管道在我国工农业和生活中的大量使用，产生了管道机器人。管道机器人能够附着在管道上，或设置在管道内，并沿管道行走，从而完成管道探伤、检测等维护任务。附着在管道外沿管道行走的管道机器人，一般通过夹爪夹紧管道。存在的问题是，夹爪常常无法有效夹紧管道，导致攀附力不稳，管道机器人无法沿管道稳定行走。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道爬行机器人，旨在解决现有的管道机器人无法沿管道稳定行走的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种管道爬行机器人，包括两个爬行体，所述爬行体上设有攀附爪，所述攀附爪用于夹紧管道或松开，所述爬行体用于借助所述攀附爪固定于管道上或脱离管道，两个所述爬行体之间设有第一驱动单元，所述爬行体用于在另一个所述爬行体固定于管道上时，借助所述第一驱动单元沿管道移动；

所述攀附爪上设有接触单元，所述接触单元用于随所述攀附爪的夹紧或松开而靠近或远离管道，所述接触单元设有贴合部，所述贴合部与所述攀附爪活动连接，从而能够与管道外壁紧密贴合。

作为本申请另一实施例，所述攀附爪包括两个弧形爪，所述弧形爪用于设置在管道两侧，两个所述弧形爪连接在第二驱动单元的动力输出端并借助第二驱动单元相互靠近或分离，实现所述攀附爪夹紧管道或松开；

所述接触单元的数量为多个且沿所述弧形爪的内侧边沿设置，所述接触单元的一部分嵌入设置在所述弧形爪中。

作为本申请另一实施例，所述接触单元还设有万向球、连接杆和压盘；

所述万向球设于开设在所述弧形爪的球腔中；

所述连接杆活动穿设在容纳孔中，所述容纳孔开设在所述弧形爪的内侧且与所述球腔连通，所述连接杆的第一端与所述万向球连接且第二端伸出所述容纳孔；

所述压盘设于所述连接杆的第二端，所述压盘上设有多个接触杆，所述接触杆插设于所述压盘上且与所述压盘之间设有调节弹簧，所述接触杆伸出所述压盘的一端用于与管道外壁接触并借助所述调节弹簧自适应的调节伸出长度，全部所述接触杆的伸出端形成所述贴合部。

作为本申请另一实施例，所述容纳孔的内壁设有径向弹簧，所述径向弹簧用于与所述连接杆连接并使所述连接杆保持在预设的工作位置。

作为本申请另一实施例，所述压盘上设有用于插入所述接触杆的安装孔，所述接触杆与所述安装孔的孔壁之间设有滚珠，所述接触杆借助所述滚珠滑动设置在所述安装孔中；

所述调节弹簧位于所述安装孔中且压缩设置在所述接触杆的尾端。

作为本申请另一实施例，两个所述爬行体分别为第一安装板和第二安装板，所述第一安装板上固设有导轨，所述导轨用于沿管道的长度方向设置，所述第二安装板上设有与所述导轨配合使用的滑块。

作为本申请另一实施例，所述第一驱动单元为电动推杆，所述电动推杆的主体固设在所述第一安装板上，所述电动推杆的推顶端固定连接所述第二安装板。

作为本申请另一实施例，所述第一安装板设置在所述第二安装板下方，所述第二驱动单元设置在所述第一安装板下方，所述第二安装板上设有用于安装所述第二驱动单元的安装块，所述第一安装板上设有用于供所述安装块穿过的长槽孔。

作为本申请另一实施例，所述第二驱动单元为电动夹爪。

作为本申请另一实施例，所述管道爬行机器人还包括PLC控制器、无线遥控器、无线通讯模块和蓄电池；

所述无线通讯模块与所述PLC控制器电性连接并通过电磁波与所述无线遥控器连接，所述无线遥控器借助所述无线通讯模块与所述PLC控制器通讯；

所述蓄电池用于向所述PLC控制器、无线连接模块、无线遥控器、电动推杆和电动夹爪供电。

本发明提供的管道爬行机器人，与现有技术相比，设有两个能够交替沿管道前进的爬行体，即一个爬行体借助攀附爪固定于管道上时，另一个爬行体能够与管道脱离，并以固定的爬行体为依托，沿管道向前或向后移动，从而实现沿管道的爬行；同时，攀附爪上设有接触单元，接触单元用于与管道的外壁接触，使爬行体能够固定攀附于管道上；接触单元设有贴合部，贴合部与攀附爪活动连接，能够根据管道的外壁形状自动调整自身的位置、形状和朝向等，从而与管道的外壁紧密贴合，保证攀附爪牢固的附着在管道上，爬行机器人能够沿管道稳定的行走。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的管道爬行机器人的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的管道爬行机器人的侧视结构示意图；

图3为相比图2攀附爪松开时的结构状态示意图；

图4为本发明实施例提供的由两个弧形爪组成的攀附爪的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的接触单元与弧形爪连接处的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的压盘处的结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的接触单元与弧形爪连接处的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的接触杆与压盘连接处的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的管道爬行机器人的剖视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的管道爬行机器人中第一安装板的俯视结构示意图。

图中：1、爬行体；11、第一安装板；111、导轨；112、压块；113、长槽孔；12、第二安装板；121、滑块；122、连接块；123、安装块；2、攀附爪；21、接触单元；211、万向球；212、连接杆；213、压盘；214、接触杆；215、调节弹簧；216、径向弹簧；217、滚珠；218、空心螺栓；22、弧形爪；3、管道；4、第一驱动单元；5、第二驱动单元；6、控制系统。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的管道爬行机器人进行说明。管道爬行机器人包括两个爬行体1，爬行体1上设有攀附爪2，攀附爪2用于夹紧管道3或松开，爬行体1用于借助攀附爪2固定于管道3上或脱离管道3，两个爬行体1之间设有第一驱动单元4，爬行体1用于在另一个爬行体1固定于管道3上时，借助第一驱动单元4沿管道3移动；攀附爪2上设有接触单元21，接触单元21用于随攀附爪2的夹紧或松开而靠近或远离管道3，接触单元21设有贴合部，贴合部与攀附爪2活动连接，从而能够与管道3外壁紧密贴合。

本发明提供的管道爬行机器人，与现有技术相比，设有两个能够交替沿管道3前进的爬行体1，即一个爬行体1借助攀附爪2固定于管道3上时，另一个爬行体1能够与管道3脱离，并以固定的爬行体1为依托，沿管道3向前或向后移动，从而实现沿管道3的爬行；同时，攀附爪2上设有接触单元21，接触单元21用于与管道3的外壁接触，使爬行体1能够固定攀附于管道3上；接触单元21设有贴合部，贴合部与攀附爪2活动连接，能够根据管道3的外壁形状自动调整自身的位置、形状和朝向等，从而与管道3的外壁紧密贴合，保证攀附爪2牢固的附着在管道3上，爬行机器人能够沿管道3稳定的行走。

图2为攀附爪2夹紧，爬行体1固定于管道3上的状态示意图，图3为攀附爪2松开，爬行体1与管道3脱离的状态示意图。具体的，每个爬行体1上均设有攀附爪2，且每个爬行体1上攀附爪2的数量至少为两个。多个攀附爪2沿管道3的延伸方向排布。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图2至图4，攀附爪2包括两个弧形爪22，弧形爪22用于设置在管道3两侧，两个弧形爪22连接在第二驱动单元5的动力输出端并借助第二驱动单元5相互靠近或分离，实现攀附爪2夹紧管道3或松开；接触单元21的数量为多个且沿弧形爪22的内侧边沿设置，接触单元21的一部分嵌入设置在弧形爪22中。

具体的，弧形爪22的形状与管道3的外形大致适配，弧形爪22对应的圆心角大于90度，小于180度，弧形爪22分为上部、中部和下部，各个部分均产生指向管道3圆心的压紧力，并且弧形爪22的上部能够对管道3产生向下的分力，下部能够产生向上的分力，实现全方位的包裹管道3，确保攀附爪2能够牢固的附着在管道3上。

接触单元21除贴合部之外的大部分结构嵌入弧形爪22中，有利于减小攀附爪2的尺寸，也有利于减小攀附爪2内侧边沿与管道3外壁之间的间隙，保证攀附爪2提供的附着力能够通过贴合部有效的传递至管道3上，保证攀附爪2能够牢固的附着在管道3上。接触单元21沿弧形爪22的内侧边沿分布，且不同位置的接触单元21均朝向圆心，当攀附爪2夹紧时，能够同时贴紧管道3的外壁，并提供朝向圆心的压紧力。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图5和图6，接触单元21还设有万向球211、连接杆212和压盘213；万向球211设于开设在弧形爪22的球腔中；连接杆212活动穿设在容纳孔中，容纳孔开设在弧形爪22的内侧且与球腔连通，连接杆212的第一端与万向球211连接且第二端伸出容纳孔；压盘213设于连接杆212的第二端，压盘213上设有多个接触杆214，接触杆214插设于压盘213上且与压盘213之间设有调节弹簧215，接触杆214伸出压盘213的一端用于与管道3外壁接触并借助调节弹簧215自适应的调节伸出长度，全部接触杆214的伸出端形成贴合部。连接杆212活动穿设在容纳孔中，压盘213的朝向和位置可以微调，同时接触杆214的伸出长度可调，通过设置两级可调，保证贴合部能够与管道3外壁紧密贴合。并且，压盘213朝向、位置的调整，以及接触杆214伸出长度的调整，均是在攀附爪2夹紧、接触单元21与管道3接触时，在管道3外壁的反向挤压力作用下自动完成的，是一种自适应的调整。

贴合部与管道3的外壁紧密贴合是指，接触杆214的伸出端在调节弹簧215的作用下能够压紧管道3的外壁。接触杆214的伸出端自适应的调节伸出长度是指，攀附爪2夹紧，接触单元21与管道3接触时，接触杆214的伸出端在管道3外壁的挤压下能够自动减小伸出压盘213的长度，并且挤压调节弹簧215调节弹簧215压缩后产生弹力，使接触杆214的伸出端压紧管道3的外壁。压盘213的朝向和位置也是自适应调整，当压盘213压紧管道3外壁时，因为连接杆212活动设置在容纳孔中，具有一定范围的自由活动空间，压盘213在管道3外壁的反作用力作用下，可自动调整至与管道3外壁形状适配且接触最为紧密的位置。

具体的，球腔与万向球211的大小一致，万向球211在球腔内无法移动位置，但可以灵活的任意方向转动；压盘213可以为圆形，接触杆214均布在压盘213的表面；接触杆214可以为圆柱形，其伸出端可以为平面，也可以为半球形；贴合部可看作是多个接触杆214伸出端所在的三维平面；不同部位的接触单元21接触管道3外壁的不同部位，接触杆214伸出端伸出长度的预设值按管道3的外壁为圆柱形设置，能够与管道3大致适配；连接杆212可以为圆柱形，也可以为锥形；容纳孔的大小可以根据实际情况设置，当管道3的形状精度较高，外壁形状规则时，压盘213的朝向和位置不用作太大调整，此时容纳孔的尺寸可以小一些，减小连接杆212的活动空间；反之，当管道3的形状精度较差时，容纳孔的尺寸可以大一些，保证压盘213具有足够的调整范围，朝向和位置能够与管道3的外壁形状适配。在一个实施例中，连接杆212为圆柱形，长度为12mm，容纳孔也为圆柱形，容纳孔的半径比连接杆212的半径大1至4mm。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图7，容纳孔的内壁设有径向弹簧216，径向弹簧216用于与连接杆212连接并使连接杆212保持在预设的工作位置。径向弹簧216的数量为多个，且分为两组设置，每组径向弹簧216的数量为四个，且呈十字形设置在容纳孔的内壁，同时对连接杆212产生径向压紧力，使连接杆212保持在预设位置，能够大致与管道3的外壁对正。压盘213与管道3接触并自适应调整位置时，径向弹簧216能够根据连接杆212的摆动幅度自动调整伸缩量，不会影响压盘213朝向与位置的自适应调整。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图8，压盘213上设有用于插入接触杆214的安装孔，接触杆214与安装孔的孔壁之间设有滚珠217，接触杆214借助滚珠217滑动设置在安装孔中；调节弹簧215位于安装孔中且压缩设置在接触杆214的尾端。具体的，接触杆214插入安装孔后，被空心螺栓218限位在安装孔中，空心螺栓218通过螺纹连接固定在压盘213上的沉头孔中，并且空心螺栓218上设有供接触杆214的伸出端穿过的中心孔。滚珠217设置在滚珠槽内，滚珠槽的截面为弓形，并且该弓形对应的弧为优弧，能够将滚珠217限位在滚珠槽内。滚珠217可以设置多列，例如四列或六列，沿周向均布在接触杆214的外侧，每列滚珠217均与接触杆214的轴线平行。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图9，两个爬行体1分别为第一安装板11和第二安装板12，第一安装板11上固设有导轨111，导轨111用于沿管道3的长度方向设置，第二安装板12上设有与导轨111配合使用的滑块121。第一安装板11或第二安装板12中的一个固定攀附于管道3上时，另一个均可以借助导轨111和滑块121的相对滑动沿管道3前进或后退，实现行走。具体的，第一安装板11和第二安装板12层叠设置，保证爬行机器人整体结构简洁可靠且为对称结构，能够稳定的攀附在管道3上。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图9，第一驱动单元4为电动推杆，电动推杆的主体固设在第一安装板11上，电动推杆的推顶端固定连接第二安装板12。具体的，电动推杆的主体通过压块112固定在第一安装板11上，电动推杆的推顶端通过连接块122与第二安装板12固定连接。

图9中，当第一安装板11固定攀附于管道3时，电动推杆的推顶端伸出即可驱动第二安装板12向左移动，然后第二安装板12与管道3固定，第一安装板11与管道3脱离，电动推杆的推顶端收回，电动推杆的主体相对推杆向左移动，即可带动第一安装板11向左移动，然后第一安装板11与管道3固定，第二安装板12与管道3脱离，电动推杆的推顶端再次推出，循环往复，实现两个爬行体1交替前进，从而能够沿管道3行走。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，请参阅图9和图10，第一安装板11设置在第二安装板12下方，第二驱动单元5设置在第一安装板11下方，第二安装板12上设有用于安装第二驱动单元5的安装块123，第一安装板11上设有用于供安装块123穿过的长槽孔113。第一安装板11和第二安装板12层叠设置，并且第二驱动单元5设置在第一安装板11下方，位于第一安装板11与管道3之间，即满足了设置第二驱动单元5的需求，又增加了第一安装板11与管道3之间的间隙，保证管道3的顶端与第一安装板11之间不会产生干涉。

具体的，如图10所示，长槽孔113的数量为四个，导轨111固设在第一安装板11的中部，长槽孔113分布在导轨111的两侧；安装块123穿过长槽孔113并连接第二驱动单元5。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，第二驱动单元5为电动夹爪，电动夹爪设有两个能够相互靠近或分离的爪头，如图4所示，两个弧形爪22分别设置在一个爪头上，并借助爪头相互靠近或分离，实现夹紧或松开管道3。

作为本发明提供的管道爬行机器人的一种具体实施方式，管道爬行机器人还包括PLC控制器、无线遥控器、无线通讯模块和蓄电池；无线通讯模块，与PLC控制器电性连接并通过电磁波与无线遥控器连接，无线遥控器借助无线通讯模块与PLC控制器通讯；蓄电池用于向PLC控制器、无线连接模块、无线遥控器、电动推杆和电动夹爪供电。如图1和图9所示，PLC控制器、无线遥控器、无线通讯模块和蓄电池集成为控制系统6，设置在第一安装板11的一端。操作人员可通过无线遥控器向PLC发送控制指令，从而控制管道爬行机器人。无线遥控器也可以通过无线通讯模块接收PLC反馈的管道爬行机器人的当前状态，并通过指示灯反应报警信息等，以便操作人员能够实时了解管道爬行机器人的运行情况，出现意外能够及时处理。

PLC控制器、无线连接模块、无线遥控器、电动推杆和电动夹爪均为容易获得的现有技术，通过上述部件，可方便且低成本的实现对管道爬行机器人的遥控，管道爬行机器人在架空管道上作业时，操作人员只需站立在地面上即可对其进行操作，安全高效。管道爬行机器人上可设置摄像头等检测仪器，采集管道3的图像信息，实现管道3的检查维护作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.管道爬行机器人，其特征在于，包括两个爬行体，所述爬行体上设有攀附爪，所述攀附爪用于夹紧管道或松开，所述爬行体用于借助所述攀附爪固定于管道上或脱离管道，两个所述爬行体之间设有第一驱动单元，所述爬行体用于在另一个所述爬行体固定于管道上时，借助所述第一驱动单元沿管道移动；

所述攀附爪上设有接触单元，所述接触单元用于随所述攀附爪的夹紧或松开而靠近或远离管道，所述接触单元设有贴合部，所述贴合部与所述攀附爪活动连接，从而能够与管道外壁紧密贴合。

2.如权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述攀附爪包括两个弧形爪，所述弧形爪用于设置在管道两侧，两个所述弧形爪连接在第二驱动单元的动力输出端并借助第二驱动单元相互靠近或分离，实现所述攀附爪夹紧管道或松开；

所述接触单元的数量为多个且沿所述弧形爪的内侧边沿设置，所述接触单元的一部分嵌入设置在所述弧形爪中。

3.如权利要求2所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述接触单元还设有：

万向球，设于开设在所述弧形爪的球腔中；

连接杆，活动穿设在容纳孔中，所述容纳孔开设在所述弧形爪的内侧且与所述球腔连通，所述连接杆的第一端与所述万向球连接且第二端伸出所述容纳孔；以及

压盘，设于所述连接杆的第二端，所述压盘上设有多个接触杆，所述接触杆插设于所述压盘上且与所述压盘之间设有调节弹簧，所述接触杆伸出所述压盘的一端用于与管道外壁接触并借助所述调节弹簧自适应的调节伸出长度，全部所述接触杆的伸出端形成所述贴合部。

4.如权利要求3所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述容纳孔的内壁设有径向弹簧，所述径向弹簧用于与所述连接杆连接并使所述连接杆保持在预设的工作位置。

5.如权利要求3所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述压盘上设有用于插入所述接触杆的安装孔，所述接触杆与所述安装孔的孔壁之间设有滚珠，所述接触杆借助所述滚珠滑动设置在所述安装孔中；

所述调节弹簧位于所述安装孔中且压缩设置在所述接触杆的尾端。

6.如权利要求2所述的管道爬行机器人，其特征在于，两个所述爬行体分别为第一安装板和第二安装板，所述第一安装板上固设有导轨，所述导轨用于沿管道的长度方向设置，所述第二安装板上设有与所述导轨配合使用的滑块。

7.如权利要求6所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述第一驱动单元为电动推杆，所述电动推杆的主体固设在所述第一安装板上，所述电动推杆的推顶端固定连接所述第二安装板。

8.如权利要求7所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述第一安装板设置在所述第二安装板下方，所述第二驱动单元设置在所述第一安装板下方，所述第二安装板上设有用于安装所述第二驱动单元的安装块，所述第一安装板上设有用于供所述安装块穿过的长槽孔。

9.如权利要求8所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述第二驱动单元为电动夹爪。

10.如权利要求9所述的管道爬行机器人，其特征在于，所述管道爬行机器人还包括：

PLC控制器；

无线遥控器；

无线通讯模块，与所述PLC控制器电性连接并通过电磁波与所述无线遥控器连接，所述无线遥控器借助所述无线通讯模块与所述PLC控制器通讯；以及

蓄电池，用于向所述PLC控制器、无线连接模块、无线遥控器、电动推杆和电动夹爪供电。

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